3.1 交变流电 课件 (共17张PPT) 高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册
文档属性
| 名称 | 3.1 交变流电 课件 (共17张PPT) 高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 24.4MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-03-06 18:52:41 | ||
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文档简介
(共17张PPT)
学习目标
1、理解交流、直流的概念，能分辨交直流；
2、分析矩形线圈转动过程中电动势和电流方向的变化，了解交变电流的产生过程，了解中性面的含义和特点；
3、知道交变电流的变化规律及表示方法，知道交变电流的峰值、瞬时值的物理含义。
交变流电
用示波器或电压传感器先观察电池供给的电压的波形，再观察学生电源交流挡供给的电压的波形。这两种波形各有什么特点？
1.交变电流（AC）:大小和方向都随时间做周期性的变化.简称交流。
2.直流电（DC） ：方向不随时间变化的电流
0
i
t
恒定直流
（1）判断交流的标准：方向呈周期性变化（强调周期性变化）
（2）直流
恒定电流：大小和方向不随时间变化的电流
脉动直流：方向不变，大小随时间变化的电流
一：交变电流与直流电的概念
脉动直流电
练习、（多选）如图所示，属于直流电的是( )
ABD
二、交变电流的产生
K
A
F
E
L
D
C
B
交流发电机的基本构造
1、产生交变电流的装置
二、交变电流的产生
ABCD——线圈
K、L——圆环
E、 F——电刷
E=0、I=0
磁通量为最大
×
电流：B→A→D→C→B
×
I
2、交流电的产生
电流：C→D→A→B→C
I
（1）穿过线圈的磁通量 最大，但 最小，线圈中的感应电动势为零
（3）线圈平行于磁感线时， , 最大，感应电动势最大。
3、中性面的概念及其特点
（线圈平面垂直磁感线时，甲图和丙图）
（2）线圈经过中性面时，电流将改变方向，线圈转动一周，两次经过中性面，电流方向改变两次．
中性面：垂直磁场方向的平面．
线圈处在磁感应强度是B 的匀强磁场中，AB、CD宽L，AD、BC长d ，线圈平面从中性面沿逆时针方向开始转动，角速度是ω．经过时间t，请推导此时（t时刻）线圈中产生瞬时感应电动势的表达式
B
v
A(B)
D(C)
t=0
θ
θ
三、交变电流的变化规律
1、正弦式交流电函数表达式
单匝线圈t时刻瞬时电动势
N匝线圈t时刻瞬时电动势
其中感应电动势的最大值
S为线框在磁场中的有效面积，N为线圈的匝数
设发电机的内阻为r，负载电阻的阻值为R，则通过负载的电流和两端的电压为：
其中：Em、Im、Um分别是电动势、负载的电流和电压最大值（峰值）
e、i、u分别是电动势、负载的电流和电压的瞬时值
电流的瞬时表达式
电阻（R）的电压瞬时表达式
利用传感器显示的交变电流的图像
这种按正弦规律变化的交变电流叫作正弦式交变电流，简称正弦式电流。
Em
e
O
t
i
O
t
u
O
t
Im
Um
2、正弦式交流电函数图像
T
T
T
2π
2π
2π
规律 物理量 从中性面开始计时 图象
磁通量 Φ＝Φmcos ωt＝BScos ωt
电动势 e＝Emsin ωt＝NBSω sin ωt
电压 u＝Umsin ωt＝ sin ωt
电流 i＝Imsin ωt＝ sin ωt
1、从中性面开始计时，e＝Emsin ωt，u＝Umsin ωt，i＝Imsin ωt
2、从垂直中性面（线圈平面与磁感线平行）开始计时，e＝Emcos ωt，
u＝Umcos ωt，i＝Imcosωt
正弦函数
余弦函数
3、产生正弦式交流电条件：
线框在匀强磁场中绕转轴垂直于磁场匀速转动
1、2、3都可以 4不可以
甲图和乙图都可以
四、交流发电机
旋转电枢式的缺点：
旋转磁极式的优点：
电压高会火花放电、电枢无法做大
高电压、高功率输出
四、交流发电机
练习、（多选）在匀强磁场中，一个100匝的闭合矩形金属线圈，绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化。设线圈总电阻为2Ω，则（ ）
A．t=0时，线圈平面平行于磁感线
B．t=1s时，线圈中的电流改变方向
C．t=1.5s时，线圈中的感应电动势最大
D．线圈转动的角速度为πrad/s
AD
练习、（多选）图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，线圈绕垂直于磁场的水平轴OO'沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示。以下判断正确的是（ ）
A．交变电流的最大值为
B．t=0.01 s时线圈位于中性面
C．t=0.01 s时线圈平面与磁场方向平行
D．t=0.02 s时穿过线圈的磁通量最大
AC
练习、在磁感应强度为1T的匀强磁场中有一匝数为10匝的矩形线圈ABCD，如图线圈绕OO′轴以转速 匀速转动．AB=20cm，BC=25cm，线圈总电阻为r＝1Ω，定值电阻的阻值为R＝9Ω，从图示位置开始计时
(1)写出t时刻整个线圈中的感应电动势e的表达式．
(2)线圈转过300，流过R的电荷量为多少？
(3)线圈转过300时，磁通量的变化率为多少？
(1)感应电动势最大值Em＝NBSω＝NBL1L2·2πn＝50 V.
整个线圈中的感应电动势的瞬时值表达式为e＝Emcosωt＝50cos100t(V)．
(2)线圈转过300，q＝IΔt，其中 ，又
解析：
代入数据得q＝0.025 C.
而 可得
(3)线圈转过300， 此时，
学习目标
1、理解交流、直流的概念，能分辨交直流；
2、分析矩形线圈转动过程中电动势和电流方向的变化，了解交变电流的产生过程，了解中性面的含义和特点；
3、知道交变电流的变化规律及表示方法，知道交变电流的峰值、瞬时值的物理含义。
交变流电
用示波器或电压传感器先观察电池供给的电压的波形，再观察学生电源交流挡供给的电压的波形。这两种波形各有什么特点？
1.交变电流（AC）:大小和方向都随时间做周期性的变化.简称交流。
2.直流电（DC） ：方向不随时间变化的电流
0
i
t
恒定直流
（1）判断交流的标准：方向呈周期性变化（强调周期性变化）
（2）直流
恒定电流：大小和方向不随时间变化的电流
脉动直流：方向不变，大小随时间变化的电流
一：交变电流与直流电的概念
脉动直流电
练习、（多选）如图所示，属于直流电的是( )
ABD
二、交变电流的产生
K
A
F
E
L
D
C
B
交流发电机的基本构造
1、产生交变电流的装置
二、交变电流的产生
ABCD——线圈
K、L——圆环
E、 F——电刷
E=0、I=0
磁通量为最大
×
电流：B→A→D→C→B
×
I
2、交流电的产生
电流：C→D→A→B→C
I
（1）穿过线圈的磁通量 最大，但 最小，线圈中的感应电动势为零
（3）线圈平行于磁感线时， , 最大，感应电动势最大。
3、中性面的概念及其特点
（线圈平面垂直磁感线时，甲图和丙图）
（2）线圈经过中性面时，电流将改变方向，线圈转动一周，两次经过中性面，电流方向改变两次．
中性面：垂直磁场方向的平面．
线圈处在磁感应强度是B 的匀强磁场中，AB、CD宽L，AD、BC长d ，线圈平面从中性面沿逆时针方向开始转动，角速度是ω．经过时间t，请推导此时（t时刻）线圈中产生瞬时感应电动势的表达式
B
v
A(B)
D(C)
t=0
θ
θ
三、交变电流的变化规律
1、正弦式交流电函数表达式
单匝线圈t时刻瞬时电动势
N匝线圈t时刻瞬时电动势
其中感应电动势的最大值
S为线框在磁场中的有效面积，N为线圈的匝数
设发电机的内阻为r，负载电阻的阻值为R，则通过负载的电流和两端的电压为：
其中：Em、Im、Um分别是电动势、负载的电流和电压最大值（峰值）
e、i、u分别是电动势、负载的电流和电压的瞬时值
电流的瞬时表达式
电阻（R）的电压瞬时表达式
利用传感器显示的交变电流的图像
这种按正弦规律变化的交变电流叫作正弦式交变电流，简称正弦式电流。
Em
e
O
t
i
O
t
u
O
t
Im
Um
2、正弦式交流电函数图像
T
T
T
2π
2π
2π
规律 物理量 从中性面开始计时 图象
磁通量 Φ＝Φmcos ωt＝BScos ωt
电动势 e＝Emsin ωt＝NBSω sin ωt
电压 u＝Umsin ωt＝ sin ωt
电流 i＝Imsin ωt＝ sin ωt
1、从中性面开始计时，e＝Emsin ωt，u＝Umsin ωt，i＝Imsin ωt
2、从垂直中性面（线圈平面与磁感线平行）开始计时，e＝Emcos ωt，
u＝Umcos ωt，i＝Imcosωt
正弦函数
余弦函数
3、产生正弦式交流电条件：
线框在匀强磁场中绕转轴垂直于磁场匀速转动
1、2、3都可以 4不可以
甲图和乙图都可以
四、交流发电机
旋转电枢式的缺点：
旋转磁极式的优点：
电压高会火花放电、电枢无法做大
高电压、高功率输出
四、交流发电机
练习、（多选）在匀强磁场中，一个100匝的闭合矩形金属线圈，绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化。设线圈总电阻为2Ω，则（ ）
A．t=0时，线圈平面平行于磁感线
B．t=1s时，线圈中的电流改变方向
C．t=1.5s时，线圈中的感应电动势最大
D．线圈转动的角速度为πrad/s
AD
练习、（多选）图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，线圈绕垂直于磁场的水平轴OO'沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示。以下判断正确的是（ ）
A．交变电流的最大值为
B．t=0.01 s时线圈位于中性面
C．t=0.01 s时线圈平面与磁场方向平行
D．t=0.02 s时穿过线圈的磁通量最大
AC
练习、在磁感应强度为1T的匀强磁场中有一匝数为10匝的矩形线圈ABCD，如图线圈绕OO′轴以转速 匀速转动．AB=20cm，BC=25cm，线圈总电阻为r＝1Ω，定值电阻的阻值为R＝9Ω，从图示位置开始计时
(1)写出t时刻整个线圈中的感应电动势e的表达式．
(2)线圈转过300，流过R的电荷量为多少？
(3)线圈转过300时，磁通量的变化率为多少？
(1)感应电动势最大值Em＝NBSω＝NBL1L2·2πn＝50 V.
整个线圈中的感应电动势的瞬时值表达式为e＝Emcosωt＝50cos100t(V)．
(2)线圈转过300，q＝IΔt，其中 ，又
解析：
代入数据得q＝0.025 C.
而 可得
(3)线圈转过300， 此时，